<>一、反射机制

<>1.1 框架

  在学习Java的路上,相信你一定使用过各种各样的框架。所谓的框架就是一个半成品软件,已经对基础的代码进行了封装并提供相应的API。在框架的基础上进行软件开发,可以简化编码。学习使用框架并不需要了解反射,但是如果想要自己写一个框架,那么就需要对反射机制有很深入的了解。

<>1.2 什么是反射机制?

  在程序运行状态中,对于任意一个类或对象,都能够获取到这个类的所有属性和方法(包括私有属性和方法),这种动态获取信息以及动态调用对象方法的功能就称为反射机制。简单来讲,通过反射,类对我们是完全透明的,想要获取任何东西都可以。

<>1.3 反射的优点

* 可以在程序运行过程中,操作这些对象;
* 可以解耦,提高程序的可扩展性。
在学习反射以前,我们先来了解一下Java代码在计算机中所经历的三个阶段:

* Source源代码阶段:.java被编译成*.class字节码文件。
*
Class类对象阶段:.class字节码文件被类加载器加载进内存,并将其封装成Class对象(用于在内存中描述字节码文件),Class对象将原字节码文件中的成员变量抽取出来封装成数组Field[],将原字节码文件中的构造函数抽取出来封装成数组Construction[],将成员方法封装成数组Method[]。当然Class类内不止这三个,还封装了很多,我们常用的就这三个。
* RunTime运行时阶段:使用new创建对象的过程。

<>二、获取Class对象

<>2.1 获取Class对象的三种方式

* 【Source源代码阶段】 Class.forName(“全类名”):将字节码文件加载进内存,返回Class对象;
多用于配置文件,将类名定义在配置文件中,通过读取配置文件加载类。
* 【Class类对象阶段】 类名.class:通过类名的属性class获取;
多用于参数的传递
* 【Runtime运行时阶段】对象.getClass():此方法是定义在Objec类中的方法,因此所有的类都会继承此方法。
多用于对象获取字节码的方式
<>2.2 方法演示
public class getClass { public static void main(String[] args) throws Exception
{ //方式一:Class.forName("全类名"); Class class1 = Class.forName("zzuli.edu.cn.Person"
); //Person自定义实体类 System.out.println("class1 = " + class1); //方式二:类名.class Class
class2 = Person.class; System.out.println("class2 = " + class2);
//方式三:对象.getClass(); Person person = new Person(); Class class3 = person.
getClass(); System.out.println("class3 = " + class3); //比较三个对象 System.out.
println(class1 == class2); //true System.out.println(class1 == class3); //true }
}
运行结果:

通过上述比较三个对象的结果可以得出一个结论:同一个字节码文件(*.class)在一次程序运行过程中,只会被加载一次,无论通过哪一种方式获取的Class对象都是同一个。

<>三、 Class对象的功能

<>3.1 获取功能

这里只写出一些常用的,具体可以参看jdk的帮助文档。

* 获取成员变量 Field[] getFields() //获取所有public修饰的成员变量 Field getField(String name)
//获取指定名称的public修饰的成员变量 Field[] getDeclaredFields() //获取所有的成员变量,不考虑修饰符 Field
getDeclaredField(String name) //获取指定的成员变量,不考虑修饰符
* 获取构造方法 Constructor<?>[] getConstructors() //获取所有public修饰的构造函数 Constructor<T>
getConstructor(类<?>... parameterTypes) //获取指定的public修饰的构造函数 Constructor<?>[]
getDeclaredConstructors() //获取所有的构造函数,不考虑修饰符 Constructor<T>
getDeclaredConstructor(类<?>... parameterTypes) //获取指定的构造函数,不考虑修饰符
* 获取成员方法 Method[] getMethods() //获取所有public修饰的成员方法 Method getMethod(String
name, 类<?>... parameterTypes) //获取指定名称的public修饰的成员方法 Method[] getDeclaredMethods
() //获取所有的成员方法,不考虑修饰符 Method getDeclaredMethod(String name, 类<?>...
parameterTypes) //获取指定名称的成员方法,不考虑修饰符
* 获取全类名 String getName()
<>3.2 Field:成员变量

* (1)设置值 void set(Object obj, Object value)
* (2)获取值 get(Object obj)
* (3)忽略访问权限修饰符的安全检查 setAccessible(true):暴力反射
<>3.2.1 测试的实体类
import lombok.Getter; import lombok.Setter; import lombok.ToString; @Setter
@Getter @ToString public class Person { public String a; //最大范围public protected
String b; //受保护类型 String c; //默认的访问权限 private String d; //私有类型 }
<>3.2.2 测试getFields和getField(String name)方法
/** * 获取成员变量 * * Field[] getFields() * * Field getField(String name) * @throws
Exception */ public class reflectDemo1{ public static void main(String[] args)
throws Exception { //获取Person的Class对象 Class personClass = Person.class;
//1、Field[] getFields()获取所有public修饰的成员变量 Field[] fields = personClass.getFields(
); for(Field field : fields){ System.out.println(field); } System.out.println(
"============================="); //2.Field getField(String name)
获取指定名称的public修饰的成员变量 Field a = personClass.getField("a"); //获取成员变量a的值
[也只能获取公有的,获取私有的或者不存在的字符会抛出异常] Person p = new Person(); Object value = a.get(p);
System.out.println("value = " + value);//因为在Person类中a没有赋值,所以为null //设置成员变量a的属性值
a.set(p,"张三"); System.out.println(p); } }
运行结果:

<>3.2.3 测试 getDeclaredFields 和 getDeclaredField(String name)方法
/** * Field[] getDeclaredFields() * Field getDeclaredField(String name) *
@throws Exception */ public class reflectDemo2 { public static void main(String[
] args) throws Exception { //获取Person的Class对象 Class personClass = Person.class;
//Field[] getDeclaredFields():获取所有的成员变量,不考虑修饰符 Field[] declaredFields =
personClass.getDeclaredFields(); for(Field filed : declaredFields){ System.out.
println(filed); } System.out.println("===================================");
//Field getDeclaredField(String name) //获取指定的成员变量,不考虑修饰符 Field d = personClass.
getDeclaredField("d"); //private String d; Person p = new Person(); //Object
value1 = d.get(p);
//如果直接获取会抛出异常,因为对于私有变量虽然能会获取到,但不能直接set和get,必须忽略访问权限修饰符的安全检查后才可以
//System.out.println("value1 = " + value1); //忽略访问权限修饰符的安全检查,又称为暴力反射 d.
setAccessible(true); Object value2 = d.get(p); System.out.println("value2 = " +
value2); } }
运行结果

注意:如果没有忽略访问修饰符直接访问会抛出如下所示的异常

<>3.3 Constructor:构造方法

创建对象:T newInstance(Object… initargs)
注意:如果使用空参数构造方法创建对象,操作可以简化:直接使用Class对象的newInstance方法。

<>3.3.1 修改测试的实体类
import lombok.Getter; import lombok.Setter; import lombok.ToString; @Setter
@Getter @ToString public class Person { private String name; private Integer age
; //无参构造函数 public Person() { } //单个参数的构造函数,且为私有构造方法 private Person(String name){
} //有参构造函数 public Person(String name, Integer age) { this.name = name; this.age
= age; } }
<>3.3.2 测试获取构造函数的方法
/** * 获取构造方法 * Constructor<?>[] getConstructors() * Constructor<T>
getConstructor(类<?>... parameterTypes) */ public class reflectDemo3 { public
static void main(String[] args) throws Exception { //获取Person的Class对象 Class
personClass = Person.class; //Constructor<?>[] getConstructors()
//获取所有public修饰的构造函数 Constructor[] constructors = personClass.getConstructors();
for(Constructor constructor : constructors){ System.out.println(constructor); }
System.out.println("=========================================="); //获取无参构造函数
注意:Person类中必须要有无参的构造函数,不然抛出异常 Constructor constructor1 = personClass.
getConstructor(); System.out.println("constructor1 = " + constructor1);
//使用获取到的无参构造函数创建对象 Object person1 = constructor1.newInstance(); System.out.
println("person1 = " + person1); System.out.println(
"=========================================="); //获取有参的构造函数 //public
Person(String name, Integer age) 参数类型顺序要与构造函数内一致,且参数类型为字节码文件类型 Constructor
constructor2= personClass.getConstructor(String.class,Integer.class); System.out
.println("constructor2 = " + constructor2); //使用获取到的有参构造函数创建对象 Object person2 =
constructor2.newInstance("zhangsan", 22); //获取的是有参的构造方法,就必须要指定参数 System.out.
println(person2); System.out.println("========================================="
); //对于一般的无参构造函数,我们都不会先获取无参构造器之后在进行初始化,而是直接调用Class类内的newInstance()方法 Object
person3= personClass.newInstance(); System.out.println("person3 = " + person3);
} }
运行结果:

总结:如果使用无参构造方法创建对象,操作可以进行简化:直接使用Class对象的newInstance方法创建即可。

对于多出个Declared关键词的两个方法,与不带这个词的两个方法的对比,与之前3.2叙述的一样,getDeclaredConstructor方法可以获取到任何访问权限的构造器,而getConstructor方法只能获取public修饰的构造器,具体不再测试。此外在构造器的对象内也有setAccessible(true)方法,把它设置成true就可以操作了。

<>3.4 Method:方法对象

* 执行方法:Object invoke(Object obj, Object… args)
<>3.4.1 修改测试的实体类
import lombok.Getter; import lombok.Setter; import lombok.ToString; @Setter
@Getter @ToString public class Person { private String name; private Integer age
; //无参构造函数 public Person() { } //有参构造函数 public Person(String name, Integer age)
{ this.name = name; this.age = age; } //无参方法 public void eat(){ System.out.
println("eat..."); } //重载有参方法 public void eat(String food){ System.out.println(
"eat..."+food); } }
<>3.4.2 测试获取成员方法的方法
/** * 获取成员方法 * * Method[] getMethods() * * Method getMethod(String name,
类<?>... parameterTypes) */ public class reflectDemo4 { public static void main(
String[] args) throws Exception { //获取Person的Class对象 Class personClass = Person.
class; //获取指定名称的方法 Method eat_method1 = personClass.getMethod("eat"); //执行方法
Person person= new Person(); Object rtValue = eat_method1.invoke(person);
//如果方法有返回值类型可以获取到,没有就为null //因为eat方法没有返回值,故输出null System.out.println("rtValue =
" + rtValue); System.out.println("--------------------------------------------")
; //获取有参的函数,有两个参数:第一个参数为方法名,第二个参数是获取方法的参数类型的字节码文件 Method eat_method2 =
personClass.getMethod("eat", String.class); //执行方法 eat_method2.invoke(person,
"苹果"); System.out.println("============================================");
//获取方法列表 Method[] methods = personClass.getMethods(); for(Method method :
methods){ //注意:获取到的方法不仅仅是Person类内自己的方法 System.out.println(method);
//继承Object中的方法也会被获取到(当然前提是public修饰的) } } }
运行结果

我们可以看出Person内的public方法都被打印出来了,此外Object中的public方法也都被打印出来了。

同之前的叙述一样,带有Declared关键字的方法这两个方法,可以获取到任意修饰符的方法。同样也提供了setAccessible(true)方法进行暴力反射。

综上所述:在反射面前没有公有私有,都可以通过暴力反射解决。

<>3.5 获取全类名

getName()方法获取的类名是全类名(带有路径)
public class getNameDemo { public static void main(String[] args) throws
Exception{ //获取Person的Class对象 Class personClass = Person.class; //获取全类名 String
className= personClass.getName(); System.out.println(className); } }
运行结果

<>四、反射机制的应用案例

<>4.1 案例分析

<>4.1.1 需求

写一个"框架",在不改变该类的任何代码的前提下,可以帮我们创建任意类的对象,并且执行其中的任意方法。

<>4.1.2 实现

(1)配置文件
(2)反射机制

<>4.1.3 步骤

(1)将需要创建的对象的全类名和需要执行的方法定义在配置文件中
(2)在程序中加载读取配置文件
(3)使用反射技术把类文件加载进内存
(4)创建对象
(5)执行方法

<>4.2 代码实现

<>4.2.1 需要的实体类

(1)Person类
public class Person { //无参方法 public void eat(){ System.out.println("eat..."); }
}
(2)Student类
public class Student { //无参方法 public void study(){ System.out.println("I am a
Student"); } }
<>4.2.2 编写配置文件
className = zzuli.edu.cn.Person methodName = eat
<>4.2.3 实现框架
/** * 前提:不能改变该类的任何代码。可以创建任意类的对象,可以执行任意方法 * 即:拒绝硬编码 */ public class ReflectTest
{ public static void main(String[] args) throws Exception { //1.加载配置文件
//1.1创建Properties对象 Properties pro = new Properties(); //1.2加载配置文件
//1.2.1获取class目录下的配置文件(使用类加载器) ClassLoader classLoader = ReflectTest.class.
getClassLoader(); InputStream inputStream = classLoader.getResourceAsStream(
"pro.properties"); pro.load(inputStream); //2.获取配置文件中定义的数据 String className =
pro.getProperty("className"); String methodName = pro.getProperty("methodName");
//3.加载该类进内存 Class cls = Class.forName(className); //4.创建对象 Object obj = cls.
newInstance(); //5.获取方法对象 Method method = cls.getMethod(methodName); //6.执行方法
method.invoke(obj); } }
<>4.2.4 运行结果

<>4.2.5 修改配置文件,再次运行
//将配置文件内的信息修改为Student类及类内的study方法 className = zzuli.edu.cn.Student methodName =
study
运行结果

优点:对于框架来说,已经对基础的代码进行了封装并提供相应的API。在框架的基础上进行软件开发,可以简化编码。但如果我们使用传统的new形式来实例化,那么当类更改时我们就要修改Java代码,这是很繁琐的。修改Java代码以后我们还要进行重新编译、测试、发布等一系列的操作。而如果我们仅仅只是修改配置文件,而不需要修改Java代码就简单的多。此外使用反射还能达到解耦的效果,如果我们使用的是new这种形式进行对象的实例化。此时如果在项目的某一个小模块中我们的一个实例类丢失了,那么在编译期间就会报错,会导致整个项目无法启动。而对于反射创建对象Class.forName(“全类名”)这种形式,我们在编译期需要的仅仅只是一个字符串(全类名),在编译期不会报错,这样其他的模块就可以正常的运行,而不会因为一个模块的问题导致整个项目崩溃。

如果你认真看完了这篇文章,反射就应该掌握的差不多了,在接下来的几篇文章中,我会使用反射来实现热加载、反编译,并且使用反射来简单封装一个Spring框架和MyBatis框架。如果想要对反射机制有更深入的了解,可以看后续的文章。

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